逆變器裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及即使有相位相對于交流輸出的電壓滯后的電流流過的期間存在、也能降低輸出電壓的波形失真的逆變器裝置。
【背景技術】
[0002]已知有對于一個相、分別反并聯連接有二極管的2個切換元件以及將該2個切換元件的連接點與雙向開關的一端連接而構成的3電平逆變器裝置(專利文獻I)。該3電平逆變器裝置中，各相的2個切換元件串聯連接到直流電源的兩端。雙向開關的另一端連接到直流電源的中間電位點。該3電平逆變器裝置的各元件基于利用輸出電壓指令和頻率比該輸出電壓指令的頻率要高的載波信號進行脈沖寬度調制后的控制信號，來進行導通截止動作。其結果是，該3電平逆變器裝置輸出經脈沖寬度調制后的相電壓。這種3電平逆變器裝置記載于專利文獻2。
[0003]圖8是說明這種3電平逆變器裝置的U相電路的結構的圖。圖8中，I為直流電源，2為逆變器電路，3為濾波電路，4為負載。直流電源I為將正側電源Psp和負側電源Psn串聯連接的電源。直流電源I的輸出端子為正側電源Psp的正側端子P、負側電源Psn的負偵_子N、及作為正側電源Psp與負側電源Psn的連接點的中性點端子C。正側端子P輸出正側電源Psp的正電壓VI。負側端子N輸出負側電源Psn的負電壓-V2。中性點端子C輸出作為直流電源I的中間電壓的零電壓Vz。
[0004]逆變器電路2由切換元件Ql、Q2和開關元件S1、S2構成。切換元件Ql、Q2串聯連接，并連接到直流電源I的兩端。切換元件Q1、Q2的連接點為輸出交流電壓Vout的輸出端子U。開關元件S1、S2反并聯連接，從而構成雙向開關BS。該雙向開關BS連接到中性點端子C與輸出端子U之間。濾波電路3為將電抗器Lf和電容器Cf串聯連接而成的電路。濾波電路3連接到輸出端子U與中性點端子C之間。負載4連接到電容器Cf的兩端。在電容器Cf的兩端輸出從逆變器電路2的輸出電壓Vout去除高次諧波分量后得到的正弦波狀的負載電壓Vload。
[0005]首先，說明輸出正極性的負載電壓Vload時的逆變器電路2的動作。圖9是表示各元件的控制信號與輸出電壓Vout的關系的圖。各元件在控制信號為高電平(以下稱為Ho )時導通，在控制信號為低電平(以下稱為L。)時截止。
[0006]圖9 (a)表示第I脈沖寬度調制信號(PWM信號I)的時間變化。PWM信號I是作為用于生成切換元件Ql和開關元件S2的控制信號的基準的信號。PWM信號I交替重復H和Lo切換元件Ql的控制信號與PWM信號I同步地變化為H或L(圖9 (C))。開關元件S2的控制信號為將PWM信號I的H和L反轉、且附加了停止期間Td的信號(圖9(f))。停止期間Td是為了防止切換元件Ql和開關元件S2的短路而使兩元件均截止的期間。
[0007]圖9 (b)表示第2脈沖寬度調制信號(PWM信號2)的時間變化。PWM信號2是作為用于生成切換元件Q2和開關元件SI的控制信號的基準的信號。PWM信號2在此期間始終為L。切換元件Q2的控制信號與PWM信號2相對應，始終為L (圖9(d))。開關元件SI的控制信號與將PWM信號2的H和L反轉后的信號相對應，始終為H (圖9 (e))。
[0008]若各元件基于上述控制信號進行導通截止動作，則在輸出端子U與中性點端子C之間(以下設為端子U-C間)輸出正極性的脈沖序列的電壓Vout。電壓Vout經脈沖寬度調制，其振幅為直流電源Psp的電壓VI。
[0009]另外，對于上述U相電路輸出負極性的電壓時的動作，替換PWM信號I和PWM信號2的動作，并替換切換元件Ql和切換元件Q2的控制信號，再替換開關元件SI和開關元件S2的控制信號來考慮即可。若各元件基于該控制信號進行導通截止動作，則在端子U-C間輸出負極性的脈沖序列的電壓Vout。電壓Vout經脈沖寬度調制，其振幅為直流電源Psn的電壓V2。
[0010]如上所述，輸出電壓Vout為經脈沖寬度調制后的脈沖序列的電壓，包含高次諧波分量。輸出電壓Vout中包含的高次諧波分量由濾波電路3去除。同樣，逆變器電路2的輸出電流1ut中包含的高次諧波分量由濾波電路3去除。其結果是，對負載4施加正弦波狀的交流電壓Vload。此外，負載4中流過正弦波狀的交流電流Iload。
現有技術文獻專利文獻
[0011]專利文獻1:日本專利特開號公報專利文獻2:日本專利特開號公報

【發明內容】

發明所要解決的技術問題
[0012]然而，上述逆變器裝置中，在連接有LR負載等功率因數滯后負載的情況下，相對于輸出電壓Vout，輸出電流1ut具有滯后相位。S卩，在輸出電壓Vout的周期中，存在輸出電壓Vout的極性與輸出電流1ut的極性不同的期間。上述逆變器裝置在該期間，無法輸出與PWM信號1、2對應的輸出電壓Vout。
[0013]圖10是用于說明逆變器裝置具有的這種問題的圖。圖10(a)是表示輸出電壓Vout的一個周期內的PWM信號I的時間變化的圖。此外，圖10(b)是表示輸出電壓Vout的一個周期內的PWM信號2的時間變化的圖。PWM信號I為在控制角為O度?180度的期間內進行脈沖寬度調制、在控制角為180度?360度的期間內為L的信號。另一方面，PWM信號2為在控制角為O度?180度的期間內為L、在控制角為180度?360度的期間內進行脈沖寬度調制的信號。若逆變器電路2基于上述PWM信號1、2進行動作，則輸出圖10(c)所示的電壓Vout。
[0014]此處，輸出電壓Vout的脈沖寬度為在期間A內對PWM信號I的脈沖前后附加停止期間Td后的寬度。這是由于，在期間A，若開關元件S2截止，則電流1ut會流過與切換元件Ql反并聯連接的二極管。此處，輸出電壓Vout的脈沖寬度為在期間B內對PWM信號2的脈沖前后附加停止期間Td后的寬度。這是由于，在期間B，若開關元件SI截止，則電流1ut會流過與切換元件Q2反并聯連接的二極管。在期間A、B，由于由PWM信號1、2指令的脈沖的寬度較窄，因此，因附加停止期間Td而產生的輸出電壓Vout的波形失真變大。因此，濾波電路3中，產生由輸出電壓Vout的階梯變化所引起的電壓振動。其結果是，在期間A、B，負載電壓Vload的振動、波形失真變大(圖10(d))。為了降低這樣產生的負載電壓Vload的振動、波形失真，不得不增大濾波電路3。
[0015]本發明是為了解決這種現有技術具有的問題而完成的。即，本發明的目的在于提供一種逆變器裝置，其在輸出電壓的極性與輸出電流的極性不同的期間，能輸出抑制了波形失真的增加的電壓。這通過在輸出電壓的極性與輸出電流的極性不同的期間降低使切換元件及開關元件導通截止的頻率來實現。
解決技術問題所采用的技術方案
[0016]為了達到上述目的，本發明的一個實施方式為包括由第I切換元件及第2切換元件、以及雙向開關構成的功率轉換器的逆變器裝置。第I切換元件及第2切換元件分別包括反并聯連接的二極管。該第I切換元件及第2切換元件串聯連接到直流電源的兩端。雙向開關將第I開關元件及第2開關元件反串聯或反并聯連接而構成。該雙向開關連接到第I切換元件及第2切換元件的連接點與直流電源的中間電位點之間。
[0017]這樣構成的功率轉換器具有利用經由第I切換元件輸入的直流電源的正電壓、經由第2切換元件輸入的直流電源的負電壓、及經由雙向開關輸入的直流電源的中間電壓(零電壓)來輸出交流電壓的動作模式。該逆變器裝置在輸出電壓的極性與輸出電流的極性相同的期間，使規定的兩個元件以第I頻率導通截止，從而輸出規定的交流電壓。該逆變器裝置在輸出電壓的極性與輸出電流的極性不同的期間，使規定的兩個元件以比第I頻率要低的第2頻率導通截止，從而輸出規定的交流電壓。
[0018]該逆變器裝置在輸出電壓的極性和輸出電流的極性均為正極性的期間，使第2切換元件截止，使第I開關元件導通，使第I切換元件和第2開關元件以第I頻率交替導通截止。該逆變器裝置在輸出電壓為正極性且輸出電流為負極性的期間，使第2切換元件截止，使第I開關元件導通，使第I切換元件和第2開關元件以第2頻率交替導通截止。該逆變器裝置在輸出電壓的極性和輸出電流的極性均為負極性的期間，使第I切換元件截止，使第2開關元件導通，使第2切換元件和第I開關元件以第I頻率交替導通截止。該逆變器裝置在輸出電壓為負極性且輸出電流為正極性的期間，使第I切換元件截止，使第2開關元件導通，使第2切換元件和第I開關元件以第2頻率交替導通截止。
[0019]為了達到上述目的，本發明的其它實施方式為包括由第I切換元件及第2切換元件、以及雙向開關構成的功率轉換器的逆變器裝置。第I切換元件及第2切換元件分別包括反并聯連接的二極管。該第I切換元件及第2切換元件串聯連接到直流電源的兩端。雙向開